Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.22
no.1
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pp.21-28
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2019
As the automated vehicle system evolves, electronic devices and control software installed in vehicles are increasing. Therefore, automated vehicle electrical and electronic system (E/E system) design for ensure system integration, software modularization, system reusability, and scalability at the design stage of the automated vehicle is actively studied. This paper introduces a design methodology for automated vehicle E/E systems that employs by using cyber-physical systems (CPS). An automated forklift system was designed to examine the effectiveness of the proposed methodology. This paper showed that the proposed CPS design methodology enables an effective development of automated E/E control systems. Compare to existing design methodologies, it provides higher reusability of individual modules and an easier way to integrate control system elements such as controllers, sensors, and actuators.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.11
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pp.1891-1908
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2011
Cyber-physical systems (CPSs) are an emerging discipline that involves engineered computing and communicating systems interfacing the physical world. The widespread applications of CPSs still face enormous challenges because of the lack of theoretical foundations. In this technical survey, we review state-of-the-art design techniques from various angles. The aim of this work is to provide a better understanding of this emerging multidisciplinary methodology. The features of CPSs are described, and the research progress is analyzed using the following aspects: energy management, network security, data transmission and management, model-based design, control technique, and system resource allocation. We focus on CPS resource optimization, and propose a system performance optimization model with resource constraints. In addition, some classic applications (e.g., integrating intelligent road with unmanned vehicle) are provided to show that the prospects of CPSs are promising. Furthermore, research challenges and suggestions for future work are outlined in brief.
In this paper, we analyzed the characteristics of cyber attacks and major threat scenarios that could occur around intelligent building management Systems(IBS) by cyber attack security threats against cyber physics systems. Generally determined that lowering the likelihood of aggression against predictable threats would be a more realistic approach to attack response. The countermeasures against this need to be applied to multi-layered defense systems, and three alternatives were proposed: preliminary cyber safety diagnosis for protection targets and the establishment of mobile security control systems.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.10
no.8
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pp.287-300
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2021
Collaborative Cyber-Physical Systems (CCPS) are those systems that contain tightly coupled physical and cyber components, massively interconnected subsystems, and collaborate to achieve a common goal. The safety of a single Cyber-Physical System (CPS) can be achieved by following the safety standards such as ISO 26262 and IEC 61508 or by applying hazard analysis techniques. However, due to the complex, highly interconnected, heterogeneous, and collaborative nature of CCPS, a fault in one CPS's components can trigger many other faults in other collaborating CPSs. Therefore, a safety assurance technique based on fault criticality analysis would require to ensure safety in CCPS. This paper presents a Fault Criticality Matrix (FCM) implemented in our tool called CPSTracer, which contains several data such as identified fault, fault criticality, safety guard, etc. The proposed FCM is based on composite hazard analysis and content-based relationships among the hazard analysis artifacts, and ensures that the safety guard controls the identified faults at design time; thus, we can effectively manage and control the fault at the design phase to ensure the safe development of CPSs. To justify our approach, we introduce a case study on the Platooning system (a collaborative CPS). We perform the criticality analysis of the Platooning system using FCM in our developed tool. After the detailed fault criticality analysis, we investigate the results to check the appropriateness and effectiveness with two research questions. Also, by performing simulation for the Platooning, we showed that the rate of collision of the Platooning system without using FCM was quite high as compared to the rate of collisions of the system after analyzing the fault criticality using FCM.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.7
no.5
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pp.267-275
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2012
In this paper, we present the model-based autonomic computing framework for a cyber-physical system which provides a self-management and a self-adaptation characteristics. A development process using this framework consists of two phases: a design phase in which a developer models faults, normal status constrains, and goals of the CPS, and an operational phase in which an autonomic computing engine operates monitor-analysis-plan-execute(MAPE) cycle for managed resources of the CPS. We design a hierachical architecture for autonomic computing engines and adopt the Model Reference Adaptive Control(MRAC) as a basic feedback loop model to separate goals and resource management. According to the GroundVehicle example, we demonstrate the effectiveness of the framework.
Recently, Industry 4.0 (next generation industrial revolution) designed by Germany to retain initiative in manufacturing business is actively studied. Goal of Industry 4.0 is 'Smart factory' which manages progress of production, supply logistics and services. To achieve the goal, we can construct value creation and new business model by integrating organically with production management systems which is existing and cyber-physical systems, Internet of Things, Services Internet and sensor, etc. However, if integration with production management systems does not work effectively by adding and developing new technologies, It does not have performance. Hence, in this research, we will analysis Industry 4.0 which is possible for small quantity batch production and one of the light and flexible manufacturing systems, and based on this, we will suggest methodology to horizontally integrate with production management systems.
Purpose Recently, much attention in building smart factory has dramatically increased with an emergence of the Industry 4.0. As we noted a connectivity gap between main concerns of MIS and the automated manufacturing systems such as POP and MES, it is recommended that CPS (Cyber-Physical System) can be an important building block for the smart factory and enrich the depth of MIS knowledge. Therefore, first, this study attempted to identify the connectivity gap between the traditional field of MIS (ERP, SCM, CRM, etc.) and the automated manufacturing systems, and then recommended CPS as a technical bridge to fill the gap. Secondly, we studied concepts and research trend of CPS that is believed to be a virtual mechanism to manage manufacturing systems in an integrated manner. Finally, we suggested research and educational opportunities in MIS based on the CPS perspectives. Design/methodology/approach Since this paper introduced relatively new idea of CPS originally discussed in the field of engineering, traditional MIS research method such as survey and experiment may not fit well. Therefore this research collected technical cases through literature survey in engineering fields, video clips from Youtube, and field references from various ICT Exhibitions and Conventions. Then we analyzed and reorganized them to highlight the necessity of CPS and draw some insight to share with MIS academia. Findings This paper introduced CPS to bridge the connectivity gap between the traditional MIS and automated manufacturing system (smart factory), a concern far away from the MIS academia. Further, this paper suggested future research subjects of MIS such as developing software to share big production data and systems to support manufacturing decisions, and innovating MIS curricula including smart and intelligent manufacturing technology within the context of traditional enterprise systems.
Heterogeneous physical systems and computational devices are incorporated on a large-scale in a CPS (cyber-physical system) environment. Simulations can be useful for the reliable behaviors of CPSs. Time synchronization is one of major technical issues for the simulations. In the CPS, distributed systems control themselves by interacting with each other during runtime. When some simulation models have high complexity, wrong control commands as well as incorrect data can be exchanged due to the time error. We propose a time synchronization algorithm for the hybrid model that has characteristics of both continuous time systems and discrete event systems. In addition, we develop a CPS simulator based on our algorithm. For the verification of the algorithm and the execution of the simulator, we develop an example hybrid model and simulate considering user controls as well as interactions among the distributed systems.
Park, Jongcheon;Han, Seungyong;Jin, Yongsik;Lee, Sangmoon
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.14
no.5
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pp.259-267
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2019
This paper proposes a structure of a variable impedance control system based on sensor-less external force estimator of industrial manipulators for cyber physical production systems (CPPS). To implement CPPS, a feedback system is constructed by using the robot operating system (ROS) and an external force estimator which is designed to measure the external force applied to the manipulator without a force sensor. Based on the robot dynamics, the robot-human cooperating system for the cyber physics production system is implemented through a controller that changes the impedance characteristics of the manipulator according to the situation using the external force estimator. Simulation and experimental results verify the effectiveness of the proposed control system.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.14
no.5
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pp.239-247
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2019
Recently, successful attacks on cyber-physical systems have been reported. As existing network security solutions are limited in preventing the system from malicious attacks, appropriate countermeasures are required from the perspective of the control. In this paper, the cyber and physical attacks are interpreted in terms of actuator and sensor attacks. Based on the interpretation, we suggest a strategy for designing Kalman filters to secure the resilience and safety of the system. Such a strategy is implemented in details to be applied for the lateral control of autonomous driving vehicle. A set of simulation results verify the performance of the proposed Kalman filters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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